闭环伺服系统[精选].ppt

第六章 闭环伺服系统 （一）概念： 1 ．伺服系统概念及分类 P195～ P196 2 ．全闭环与半闭环 P196 3 ．伺服系统的控制环路P201～ P204 4 ．复合控制器 P209 5 ．数字PID控制算法 P215 （二）计算及简单应用： 1 ．电流环、速度环传递函数 2 ．位置环的开环传递函数P204 3．伺服刚度P205 4．伺服系统的闭环传递函数P206 5 ．输入参考指令的单位阶跃和单位斜坡及系统误差P205 伺服概念： 这是英文servo的谐音，念起来与外文的伺服发音差不多。但伺服这个字就是“侍候”，就是非常听话，让走到哪，就走到哪。 在数控机床中，由计算机发出指令脉冲，让哪一个驱动电动机拖着工作台动，这一台电动机就动，而且这台电动机的运动速度、运动的距离，完全按着计算机的指令行事，非常准确无误地完成指令要求的任务。 很显然，伺服系统所以能作到这一点，也是非常不容易的。因为电动机拖着一个重量很重的工作台，而且摩擦力随着季节、新旧程度、润滑状态等因素而变化，控制了一个稳定速度，精确定位，可以想象其难度之大。 但是随着科学技术的进步，人们不断从生产实践中总结经验，一步一步找到了好的控制办法，这就是三环结构。 三环结构如图4-1所示。 这三个环就是位置环、速度环、电流环。 1、位置环也称为外环，其输人信号是计算机给出的指令和位置检侧器反馈的位置信号。这个反馈是负反馈，也就是说与指令信号相位相反。 指令信号是向位置环送去加数，而反馈信号是送去减数。 位置环的输出就是速度环的输人。 2、速度环也称为中环，这个环是一个非常重要的环，它的输人信号有两个： 一个是位置环的输出，做为速度环的指令信号送给速度环；另一个由电动机带动的测速发电机经反馈网络处理后的信息，做为负反馈送给速度环。速度环的两个输人信号也是反相的。一个是加，一个是减。 速度环的翰出就是电流环的指令输人信号。 3、电流环也叫做内环，电流环也有两个输人信号，一个是速度环抽出的指令信号；另一个 经电流互感器，并经处理后得到的电流信号，它代表电动机电枢回路的电流，它送人电流环 也是负反馈。 电流环的输出是一个电压模拟信号，用它来控制PWM电路，产生相应的占空比信号去触发功率变换单元电路， 使电动机获得一个与计算机指令相关的，并与电动机位置、速度、电流相关的运行状态。这个运行状态满足计算机指令的要求。 这三个环都是调节器，其中有时采用比例调节器，有时采用比例积分调节器，有时还要用比例积分微分调节器 关于位置反馈网络、速度反馈网络、电流反馈网络到底是什么样子可以这么说，有时是非常简单的一个电位器，或者是一个滤波电路，但有时确实是一个复杂的逻辑关系。在这里不做详细的叙述。 (3)开环传递函数 Open-loop Transfer Function 假设N(s)=0 主反馈信号B(s)与误差信号E(s)之比。 线性系统满足叠加原理，当控制输入R(s)与扰动N(s)同时作用于系统时，系统的输出及误差可表示为： * * 第六章 闭环伺 服 系 统 伺服系统定义 伺服系统组成 伺服系统要求及分类 伺服系统控制环路 伺服系统性能分析 伺服系统 机电一体化技术 定 义 以移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统。 伺服系统（Feed Servo System） 位置 指令 位置控制调节器 速度控制 调节器 速度检测 位置控制 速度控制 + — -- 电机 机械传动机构 实际位置反馈 实际速度反馈 功率驱动 位置检测 — + 伺服系统 机电一体化技术 伺服系统组成 伺服系统组成 位置检测装置将检测到的移动部件的实际位移量进行位置反馈，与位置指令信号进行比较，将两者的差值进行位置调节，变换成速度控制信号，控制驱动装置驱动伺服电动机以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到指令位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。 伺服系统 机电一体化技术 伺服系统组成 基本工作原理 伺服系统 机电一体化技术 伺服系统要求 1.调速范围要宽且要有良好的稳定性（在调速范围内） 调速范围：RN=Fmax/Fmin 一般要求： RN ＞1000， 且 0.1 mm/min ≤ Fmin ＜1 mm/min 稳定性：指输出速度的波动要少，尤其是在低速时的平稳性显得特别重要。 2. 位置精度高 实际位移与指令位移的差值要小。位置精度一般为0.01～0.001mm，甚至可高至0.1μm。 3.